볼 그리드 어레이 (BGA)는 무엇입니까?혜택, 유형, 조립 프로세스
2024-09-09 2607

BGA (Ball Grid Array) 패키지는 전자 제품, 특히 작은 공간에서 많은 연결이 필요한 표면 장착 통합 회로 (SMD IC)의 경우 매우 인기가 있습니다.칩의 가장자리 주위에 연결을 배치하는 이전 설계와 달리 BGA는 칩 밑면을 연결합니다.이를 통해 혼란을 줄이고 더 컴팩트 한 레이아웃을 허용하여 PCB (Printed Circuit Board)를보다 쉽게 ​​설계 할 수 있습니다.이 기사는 BGA 패키지가 선호되는 이유, 그들이 제공하는 이점, BGA 디자인의 V ariat 이온 및 어셈블리 및 재 작업 중에 직면 한 문제를 탐구합니다.소비자 전자 제품 또는 산업 응용 분야에서 BGA 기술은 회로 설계 및 제조를 향상시킵니다.

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그림 1 : 볼 그리드 어레이 (BGA)

볼 그리드 어레이 (BGA) 패키지가 선호되는 이유는 무엇입니까?

BGA (Ball Grid Array)는 통합 회로 (ICS)에 사용되는 표면 장착 포장 유형입니다.전통적인 핀 대신 칩 밑면에 솔더 볼이 특징이므로 작은 공간에서 높은 연결 밀도가 필요한 장치에 이상적입니다.BGA (Ball Grid Array) 패키지는 전자 제조에서 구형 쿼드 플랫 팩 (QFP) 설계보다 큰 개선을 나타냅니다.얇고 단단히 간격을 둔 핀을 갖춘 QFP는 굽힘 또는 파손에 취약합니다.특히 많은 핀이있는 회로의 경우 수리가 도전적이고 비싸게 만듭니다.

QFP의 밀접하게 포장 된 핀은 인쇄 회로 보드 (PCB) 설계 중에 문제가 발생합니다.좁은 간격으로 인해 트랙 혼잡이 발생하여 연결을 효율적으로 라우팅하기가 더 어려워집니다.이 정체는 레이아웃과 회로의 성능을 모두 해칠 수 있습니다.또한 QFP 핀을 납땜하는 데 필요한 정밀도는 핀 사이에 원치 않는 교량을 생성 할 위험이 높아져 회로가 오작동을 일으킬 수 있습니다.

BGA 패키지는 이러한 많은 문제를 해결합니다.BGA는 깨지기 쉬운 핀 대신 칩 아래에 배치 된 솔더 볼을 사용하여 물리적 손상의 가능성을 줄이고보다 넓고 덜 혼잡 한 PCB 설계를 허용합니다.이 레이아웃을 사용하면 제조가 더 쉽고 솔더 조인트의 신뢰성을 향상시킵니다.결과적으로 BGA는 업계 표준이되었습니다.BGA 기술은 특수 도구 및 기술을 사용하여 제조 공정을 단순화 할뿐만 아니라 전자 구성 요소의 전반적인 설계 및 성능을 향상시킵니다.

볼 그리드 어레이 (BGA) 기술의 이점

BGA (Ball Grid Array) 기술은 통합 회로 (ICS)가 포장되는 방식을 변환했습니다.이로 인해 기능과 효율성이 향상됩니다.이러한 개선 사항은 제조 공정을 간소화 할뿐만 아니라 이러한 회로를 사용하는 장치의 성능에도 도움이됩니다.

그림 2 : 볼 그리드 어레이 (BGA)

BGA 포장의 장점 중 하나는 인쇄 회로 보드 (PCB)에서 공간을 효율적으로 사용하는 것입니다.전통적인 패키지는 칩의 가장자리 주위에 연결되어 더 많은 공간을 차지합니다.그러나 BGA 패키지는 칩 아래에 솔더 볼을 배치하여 보드의 귀중한 공간을 해방시킵니다.

BGA는 또한 우수한 열 및 전기 성능을 제공합니다.이 설계는 전력 및지면을 허용하여 인덕턴스를 줄이고 깨끗한 전기 신호를 보장합니다.이로 인해 신호 무결성이 향상되어 고속 응용 분야에서 중요합니다.또한 BGA 패키지의 레이아웃은 더 나은 열 소산을 용이하게하여 전자 제품의 과열을 방지하여 가공기 및 그래픽 카드와 같이 작동 중에 많은 열을 생성합니다.

BGA 패키지의 조립 프로세스도 더 간단합니다.칩의 가장자리를 따라 작은 핀을 납땜 해야하는 대신 BGA 패키지 아래의 솔더 볼은보다 강력하고 안정적인 연결을 제공합니다.이로 인해 제조 중 결함이 줄어들고 특히 대량 생산 환경에서 생산 효율이 높아집니다.

BGA 기술의 또 다른 이점은 Slimmer 장치 설계를 지원하는 능력입니다.BGA 패키지는 구형 칩 설계보다 얇아서 제조업체는 성능을 희생하지 않고 더 매끄럽고 컴팩트 한 장치를 만들 수 있습니다.이것은 크기와 무게가 중요한 요소 인 스마트 폰 및 랩톱과 같은 휴대용 전자 제품에 특히 중요합니다.

BGA 패키지는 소형 외에도 유지 보수 및 수리를보다 쉽게 ​​만듭니다.칩 아래의 더 큰 솔더 패드는 보드를 재 작업하거나 업데이트하는 프로세스를 단순화하여 장치의 수명을 연장 할 수 있습니다.이것은 장기 신뢰성이 필요한 첨단 장비에 유리합니다.

전반적으로 공간 절약 설계, 향상된 성능, 단순화 된 제조 및 쉬운 수리의 조합으로 BGA 기술은 현대 전자 제품에 선호되는 선택이되었습니다.소비자 장치 나 산업 응용 분야에서 BGA는 오늘날의 복잡한 전자 요구에 대한 신뢰할 수 있고 효율적인 솔루션을 제공합니다.

BGA (Ball Grid Array) 패키지 이해

BGA는 칩의 가장자리를 따라 핀을 연결하는 이전 쿼드 플랫 팩 (QFP) 방법과 달리 칩 밑면을 연결합니다.이 레이아웃은 공간을 차지하고 보드를보다 효율적으로 사용할 수있게하여 핀 크기 및 간격과 관련된 제약 조건을 피합니다.

BGA 패키지에서 연결은 칩 아래의 그리드로 배열됩니다.전통적인 핀 대신 작은 솔더 볼이 연결을 형성하는 데 사용됩니다.이 솔더 볼은 인쇄 회로 보드 (PCB)의 해당 구리 패드와 일치하여 칩이 장착 될 때 안정적이고 안정적인 접촉 지점을 만듭니다.이 구조는 연결 내구성을 향상시킬뿐만 아니라 구성 요소를 정렬하고 납땜하는 것이 더 간단하기 때문에 조립 프로세스를 단순화합니다.

BGA 패키지의 장점 중 하나는 열을보다 효과적으로 관리하는 능력입니다.실리콘 칩과 PCB 사이의 열 저항을 줄임으로써 BGA는 열을보다 효율적으로 소산하는 데 도움이됩니다.이는 안정적인 작동을 유지하고 구성 요소의 수명을 연장하는 데 열 관리가 중요한 고성능 전자 제품에서 특히 중요합니다.

또 다른 이점은 칩 캐리어의 밑면에있는 레이아웃 덕분에 칩과 보드 사이의 짧은 리드입니다.이로 인해 리드 인덕턴스를 최소화하여 신호 무결성 및 전반적인 성능을 향상시킵니다.따라서 BGA 패키지를 최신 전자 장치에 선호하는 옵션으로 만듭니다.

BGA (Ball Grid Array) 패키지의 다양한 변형

그림 3 : 볼 그리드 어레이 (BGA) 패키지

BGA (Ball Grid Array) 포장 기술은 성능 및 비용에서 크기 및 열 관리에 이르기까지 현대 전자 제품의 다양한 요구를 해결하기 위해 발전했습니다.이러한 다양한 요구 사항으로 인해 여러 BGA 변형이 생성되었습니다.

성형 어레이 프로세스 볼 그리드 어레이 (MAPBGA)는 극도의 성능이 필요하지 않지만 여전히 신뢰성 및 컴팩트성이 필요한 장치를 위해 설계되었습니다.이 변형은 비용 효율적이며 인덕턴스가 낮으므로 표면 장착이 쉽습니다.작은 크기와 내구성은 광범위한 저성 전자 장치를위한 실용적인 선택입니다.

보다 까다로운 장치를 위해 PBGA (Plastic Ball Grid Array)는 향상된 기능을 제공합니다.MAPBGA와 마찬가지로 낮은 인덕턴스 및 쉬운 장착을 제공하지만 기판에 구리 층이 추가되어 더 높은 전력 요구 사항을 처리합니다.이로 인해 PBGA는 신뢰할 수있는 신뢰성을 유지하면서보다 효율적인 전력 소산이 필요한 중간에서 고성능 장치에 적합합니다.

열을 관리하는 것이 중요 할 때, TEPBGA (열 향상 플라스틱 볼 그리드 어레이)가 탁월합니다.기판 내에 두꺼운 구리 평면을 사용하여 칩에서 열을 효율적으로 끌어내어 열 감광도 구성 요소가 피크 성능에서 작동하도록합니다.이 변형은 효과적인 열 관리가 최우선 순위 인 응용 프로그램에 이상적입니다.

테이프 볼 그리드 어레이 (TBGA)는 우수한 열 관리가 필요하지만 공간이 제한되는 고성능 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.열 성능은 외부 히트 싱크가 필요하지 않으면 예외적이므로 고급 장치의 소형 어셈블리에 이상적입니다.

공간이 특히 제한된 상황에서 패키지 (POP) 기술은 혁신적인 솔루션을 제공합니다.메모리 모듈을 프로세서 위에 직접 배치하여 매우 작은 발자국 내에서 기능을 극대화하는 등 여러 구성 요소를 쌓을 수 있습니다.이렇게하면 스마트 폰이나 태블릿과 같은 공간이 프리미엄 인 장치에서 POP가 매우 유용합니다.

초고속 장치의 경우 MicroBGA 변형은 0.65, 0.75 및 0.8mm의 작은 피치로 제공됩니다.작은 크기를 사용하면 밀도가 높은 전자 제품에 맞게 적합 할 수 있으므로 모든 밀리미터가 계산되는 고도로 통합 된 장치에 선호되는 옵션입니다.

이러한 각 BGA 변형은 BGA 기술의 적응성을 보여 주어 전자 산업의 끊임없이 변화하는 요구를 충족시키기위한 맞춤형 솔루션을 제공합니다.비용 효율성, 열 관리 또는 공간 최적화에 관계없이 거의 모든 응용 프로그램에 적합한 BGA 패키지가 있습니다.

볼 그리드 어레이 (BGA) 어셈블리 프로세스

BGA (Ball Grid Array) 패키지가 처음 소개되면 안정적으로 조립하는 방법에 대한 우려가있었습니다.기존의 SMT (Surface Mount Technology) 패키지에는 쉽게 납땜을위한 접근 가능한 패드가 있었지만 BGA는 패키지 아래에 연결되어 있기 때문에 다른 도전을 제시했습니다.이것은 생산 중에 BGA가 안정적으로 납땜 될 수 있는지에 대한 의문을 제기했다.그러나, 이러한 우려는 표준 리플 로우 납땜 기술이 BGA를 조립하는데 매우 효과적이라는 사실을 발견했을 때 빠르게 휴식을 취했다.

그림 4 : 볼 그리드 배열 어셈블리

BGA 납땜 공정은 정확한 온도 제어에 의존합니다.리플 로우 납땜하는 동안, 전체 어셈블리는 BGA 패키지 아래의 솔더 볼을 포함하여 균일하게 가열된다.이 솔더 볼은 연결에 필요한 정확한 솔더와 사전 코팅됩니다.온도가 상승하면 솔더가 녹아 연결을 형성합니다.표면 장력은 BGA 패키지가 회로 보드의 해당 패드와 자체 정렬하는 데 도움이됩니다.표면 장력은 가이드 역할을하여 가열 단계에서 솔더 볼이 제자리에 유지되도록합니다.

솔더가 냉각되면 부분적으로 녹는 짧은 단계를 거칩니다.이는 각 솔더 볼이 인접한 볼과 병합하지 않고 올바른 위치에 정착하도록하는 데 중요합니다.솔더 및 제어 냉각 공정에 사용 된 특정 합금은 솔더 조인트가 올바르게 형성되고 분리를 유지하도록합니다.이 수준의 제어는 BGA 어셈블리의 성공에 도움이됩니다.

수년에 걸쳐 BGA 패키지를 조립하는 데 사용되는 방법은 정제되고 표준화되어 현대 전자 제조의 필수 부분입니다.오늘날, 이러한 조립 공정은 제조 라인에 원활하게 통합되어 있으며 BGA의 신뢰성에 대한 초기 우려는 크게 사라졌습니다.결과적으로 BGA 패키지는 이제 전자 제품 설계에 대한 신뢰할 수 있고 효과적인 선택으로 간주되어 복잡한 회로에 내구성과 정밀도를 제공합니다.

도전과 솔루션

BGA (Ball Grid Array) 장치의 주요 과제 중 하나는 납땜 연결이 칩 아래에 숨겨져 있다는 것입니다.따라서 전통적인 광학 방법을 사용하여 시각적으로 검사하는 것이 불가능합니다.이것은 처음에 BGA 어셈블리의 신뢰성에 대한 우려를 제기했습니다.이에 따라 제조업체는 납땜 공정을 미세 조정하여 조립품에 열이 고르게 적용되도록합니다.이 균일 한 열 분포는 모든 솔더 볼을 올바르게 녹이고 BGA 그리드 내 각 지점에서 견고한 연결을 고정하기 위해 필요합니다.

전기 테스트는 장치의 작동 여부를 확인할 수 있지만 장기 신뢰성을 보장하기에는 충분하지 않습니다.초기 테스트 중에는 연결이 전기적으로 건전 해 보일 수 있지만 솔더 조인트가 약하거나 부적절하게 형성되면 시간이 지남에 따라 실패 할 수 있습니다.이를 해결하기 위해 X- 선 검사는 BGA 솔더 조인트의 무결성을 검증하기위한 방법이되었습니다.X- 레이는 칩 아래의 납땜 된 연결을 자세히 살펴보고 기술자가 잠재적 인 문제를 발견 할 수 있도록합니다.올바른 열 설정 및 정확한 납땜 방법으로 BGA는 일반적으로 고품질 조인트를 나타내므로 어셈블리의 전반적인 신뢰성을 향상시킵니다.

BGA가 장착 된 보드 재 작업

BGA를 사용하는 회로 보드를 재 작업하는 것은 섬세하고 복잡한 프로세스가 될 수 있으며, 종종 특수 도구 및 기술이 필요합니다.재 작업의 첫 번째 단계는 결함이있는 BGA를 제거하는 것입니다.이것은 칩 아래의 솔더에 국한된 열을 직접 적용하여 수행됩니다.특수 재 작업 스테이션에는 적외선 히터가 장착되어 BGA를 조심스럽게 가열하고 온도를 모니터링하기 위해 열전대 및 솔더가 녹은 후 칩을 들어 올리는 진공 도구.BGA 만 영향을 받도록 가열을 제어하는 ​​것이 중요합니다.

BGA의 수리 및 재구성

BGA가 제거 된 후에는 새로운 구성 요소로 교체되거나 경우에 따라 리퍼브 될 수 있습니다.일반적인 수리 방법은 여전히 ​​작동하는 BGA에서 솔더 볼을 교체하는 것과 관련이 있습니다.이것은 값 비싼 칩의 비용 효율적인 옵션입니다. 부품을 폐기하지 않고 재사용 할 수 있기 때문입니다.많은 회사들이 BGA Reballing을위한 전문 서비스 및 장비를 제공하여 귀중한 구성 요소의 수명을 연장하는 데 도움을줍니다.

BGA 솔더 조인트를 검사하기가 어려움에 대한 초기 우려에도 불구 하고이 기술은 상당한 진전을 이루었습니다.PCB (Printed Circuit Board) 디자인의 혁신, 적외선 리플 로우와 같은 납땜 기술 향상 및 신뢰할 수있는 X- 선 검사 방법의 통합은 모두 BGA와 관련된 초기 과제를 해결하는 데 기여했습니다.또한, 재 작업 및 수리 기술의 발전을 통해 광범위한 응용 분야에서 BGA를 안정적으로 사용할 수 있습니다.이러한 개선으로 인해 BGA 기술을 통합 한 제품의 품질 및 신뢰성이 향상되었습니다.

결론

현대 전자 장치에서 BGA (Ball Grid Array) 패키지의 채택은 우수한 열 관리, 조립 복잡성 감소 및 우주 절약 설계를 포함한 수많은 이점에 의해 주도되었습니다.숨겨진 솔더 조인트 및 재 작업 난이도와 같은 초기 과제를 극복 한 BGA 기술은 다양한 응용 분야에서 선호되는 선택이되었습니다.소형 모바일 장치에서 고성능 컴퓨팅 시스템에 이르기까지 BGA 패키지는 오늘날의 복잡한 전자 제품을위한 신뢰할 수 있고 효율적인 솔루션을 제공합니다.